El esmalte de porcelana industrial (también conocido como revestimiento de vidrio , acero revestido de vidrio o vidrio fusionado con acero ) es el uso de esmalte de porcelana (también conocido como esmalte vítreo) para aplicaciones industriales, en lugar de artísticas. El esmalte de porcelana, una capa delgada de cerámica o vidrio aplicada a un sustrato de metal, [1] se utiliza para proteger las superficies del ataque químico y el daño físico, modificar las características estructurales del sustrato y mejorar la apariencia del producto.
El esmalte se ha utilizado para el arte y la decoración desde el período del Antiguo Egipto , y para la industria desde la Revolución Industrial . [1] Se utiliza más comúnmente en la producción de utensilios de cocina , electrodomésticos, accesorios de baño, calentadores de agua y equipos de laboratorio científico. [2]
La característica más importante del esmalte de porcelana, desde una perspectiva industrial, es su resistencia a la corrosión . [3] El acero dulce se utiliza en casi todas las industrias y en una gran variedad de productos; el esmalte de porcelana es una forma muy económica de proteger este y otros materiales químicamente vulnerables de la corrosión. También puede producir acabados muy lisos y brillantes en una amplia gama de colores; estos colores no se desvanecerán con la exposición a la luz ultravioleta, como lo hará la pintura. Al ser una cerámica cocida, el esmalte de porcelana también es muy resistente al calor; esto permite su uso en aplicaciones de alta temperatura donde un revestimiento anticorrosión orgánico o la galvanización pueden resultar poco prácticos o incluso peligrosos ( ver Fiebre de humos metálicos ). [3]
El esmalte de porcelana también ve un empleo menos frecuente de algunas de sus otras propiedades; ejemplos son su resistencia a la abrasión , donde puede tener un mejor desempeño que muchos metales; su resistencia a solventes orgánicos , donde es completamente impermeable; su resistencia al choque térmico , donde puede resistir un enfriamiento rápido desde temperaturas de 500 °C y superiores; y su longevidad. [3]
El esmalte de porcelana se utiliza con mayor frecuencia en la fabricación de productos que se espera que estén expuestos a ataques químicos regulares o altas temperaturas, como utensilios de cocina, quemadores y equipos de laboratorio . Se utiliza en la producción de muchos artículos y electrodomésticos para el hogar, especialmente los que se utilizan en la cocina o el baño : ollas, sartenes, estufas, electrodomésticos, fregaderos, inodoros, bañeras, incluso paredes, encimeras y otras superficies. [4]
El esmalte de porcelana también se utiliza arquitectónicamente como revestimiento para paneles de pared. Puede utilizarse externamente para proporcionar resistencia a la intemperie y una apariencia atractiva, o internamente para proporcionar resistencia al desgaste; por ejemplo, en paneles laterales de escaleras mecánicas y paredes de túneles. En los últimos años, también se han construido silos agrícolas con placas de acero esmaltadas con porcelana para proteger el interior de la corrosión y el exterior de la intemperie; esto puede indicar una tendencia futura de recubrir todos los productos de acero dulce para exteriores con un esmalte de porcelana resistente a la intemperie. [4]
La aplicación de esmalte de porcelana industrial puede ser un proceso complicado que implica muchos pasos diferentes y muy técnicos. Todos los procesos de esmaltado implican la mezcla y preparación de frita , la mezcla de esmalte sin cocer; la preparación del sustrato; la aplicación y cocción; y luego los procesos de acabado. La mayoría de las aplicaciones modernas también implican dos capas de esmalte: una capa de base para adherirse al sustrato y una capa de cobertura para proporcionar las propiedades externas deseadas.
Debido a que las fritas con frecuencia deben mezclarse a temperaturas más altas que las que requiere la cocción, la mayoría de los esmaltadores industriales modernos no mezclan completamente sus propias fritas; la frita generalmente se compra a productores especializados en fritas en composiciones estándar y luego se le agregan los ingredientes especiales antes de la aplicación y la cocción. [5]
Para las capas de base, la composición de una frita para cualquier aplicación dada está determinada principalmente por el metal utilizado como sustrato: diferentes variedades de acero y diferentes metales como el aluminio y el cobre , requieren diferentes composiciones de frita para unirse a ellos. Para las capas de cubierta, la frita está compuesta para unirse a la capa de base y producir las propiedades externas deseadas. [6] La frita normalmente se prepara mezclando los ingredientes y luego moliendo la mezcla hasta convertirla en polvo. Los ingredientes, con mayor frecuencia óxidos metálicos y minerales como cuarzo (o arena de sílice ), carbonato de sodio , bórax y óxido de cobalto , se adquieren en forma de partículas; la composición química precisa y la cantidad de cada ingrediente deben medirse y regularse cuidadosamente. [7] Una vez preparada, esta frita en polvo se deja caer y se agita para promover una distribución uniforme de los materiales; la mayoría de las fritas se funden a temperaturas entre 1150 y 1300 °C . Después de la fundición, la frita se muele nuevamente hasta convertirla en polvo, con mayor frecuencia mediante molienda en molino de bolas . [8]
Para la aplicación húmeda del esmalte, se debe crear una suspensión de frita suspendida en agua. Para que permanezca en suspensión, las fritas deben molerse hasta obtener un tamaño de partícula extremadamente fino o mezclarse con un agente de suspensión como arcilla o electrolitos . [9]
El metal que se utilizará como sustrato se determina principalmente en función de la aplicación a la que se destinará el producto, independientemente de las consideraciones sobre el esmalte. Los más utilizados son los aceros de diversas composiciones, pero también se utilizan el aluminio y el cobre . [10]
Antes de la aplicación del esmalte, la superficie del sustrato debe ser preparada con una serie de procesos. Los procesos más importantes son la limpieza de la superficie del sustrato; todos los restos de productos químicos, óxidos , aceites y otros contaminantes deben ser eliminados por completo. Para facilitar esto, los procesos frecuentes que se realizan sobre los sustratos son el desengrasado , el decapado (que también puede grabar la superficie y proporcionar puntos de anclaje para el esmalte), la neutralización alcalina y el enjuague. [11]
El esmalte se puede aplicar al sustrato mediante muchos métodos diferentes. Estos métodos suelen dividirse en aplicaciones húmedas o secas , según se aplique el esmalte como polvo seco o como suspensión líquida. [ cita requerida ]
El método más simple de aplicación en seco, especialmente para sustratos de hierro fundido, es calentar el sustrato y cubrirlo con frita en polvo. Las partículas de frita se derriten al entrar en contacto con el sustrato caliente y se adhieren a su superficie. Este método requiere un alto nivel de habilidad y concentración del operador para lograr un recubrimiento uniforme y, debido a su naturaleza inestable, no se utiliza a menudo en aplicaciones industriales. [12]
El método más común de aplicación en seco que se utiliza en la industria hoy en día es la deposición electrostática . Antes de la aplicación, la frita seca debe encapsularse en un silano orgánico ; esto permite que la frita mantenga una carga eléctrica durante la aplicación. Una pistola electrostática dispara el polvo de frita seca sobre el sustrato metálico conectado a tierra eléctricamente; las fuerzas eléctricas unen el polvo cargado al sustrato y se adhiere. [13]
El método más simple de aplicación húmeda es sumergir el sustrato en un baño de suspensión líquida; la inmersión completa cubre todas las superficies disponibles del sustrato. Sin embargo, la inmersión no se utiliza a menudo en la industria, porque se requieren muchas inmersiones de prueba preliminares antes de que se pueda predecir con suficiente fiabilidad el espesor de la capa para la aplicación deseada. [14]
Una forma de inmersión adecuada para la aplicación industrial moderna es el recubrimiento por flujo. En lugar de sumergir el producto en un baño de lechada, la lechada se hace fluir sobre la superficie del sustrato que se va a recubrir. Este método permite un uso mucho más económico de la lechada y del tiempo; es capaz de permitir tiradas de producción muy rápidas. [15]
El esmalte húmedo también se puede rociar sobre el producto utilizando pistolas rociadoras especializadas. Se introduce una suspensión líquida en la boquilla de una pistola rociadora y el aire comprimido la atomiza y la expulsa por la boquilla de la pistola en un chorro controlado. [15]
La cocción, en la que los sustratos revestidos pasan por un horno para experimentar largos períodos de altas temperaturas estables, convierte las partículas adheridas de frita en una capa de vidrio continua. La eficacia del proceso depende en gran medida del tiempo, la temperatura y la calidad o el espesor del revestimiento sobre el sustrato. La mayoría de las fritas para aplicaciones industriales se cuecen durante tan solo 20 minutos, pero las fritas para aplicaciones industriales de servicio pesado pueden tardar el doble de este tiempo. Los revestimientos de esmalte de porcelana sobre sustratos de aluminio se pueden cocer a temperaturas tan bajas como 530 °C, pero la mayoría de los sustratos de acero requieren temperaturas superiores a 800 °C. [16]
El esmalte de porcelana se ha aplicado a metales de joyería como el oro , la plata y el cobre desde la antigüedad con fines decorativos. No fue hasta la Revolución Industrial que los metales ferrosos se convirtieron por primera vez en el tema de los procesos de esmaltado de porcelana; estos primeros intentos tuvieron un éxito limitado. No se desarrolló una técnica confiablemente exitosa hasta mediados del siglo XIX, con el desarrollo de un método para esmaltar ollas de hierro fundido en Alemania . [1] No pasó mucho tiempo antes de que este método de esmaltado quedara obsoleto con el desarrollo de nuevos sustratos ferrosos, y la mayoría de las investigaciones modernas sobre el esmaltado de porcelana se centran en crear una unión aceptable entre los esmaltes y los nuevos sustratos metálicos. [17]
La producción de productos de porcelana esmaltada a escala industrial comenzó en Alemania en 1840. [18] El método utilizado era muy primitivo en comparación con los métodos modernos: el producto se calentaba a una temperatura muy alta y se espolvoreaba con esmalte, para luego cocerlo inmediatamente. Esto frecuentemente daba como resultado una mala adherencia o una capa irregular; siempre se necesitaban dos capas para lograr una superficie continua y resistente a la corrosión. [18] Solo se podía aplicar al hierro fundido y forjado , y solo se usaba para productos relativamente simples como ollas y sartenes.
La capacidad de aplicar esmalte de porcelana a chapas de acero no se desarrolló hasta 1900, [19] con el descubrimiento de que realizar cambios menores en la composición del esmalte, como la inclusión de óxidos de cobalto como componentes menores, podía mejorar drásticamente su capacidad de adhesión a los aceros al carbono. Simultáneamente con este desarrollo se produjo el primer uso de la aplicación de esmalte en suspensión húmeda; esto permitió aplicar esmalte de porcelana a formas mucho más complejas sumergiendo la forma en la suspensión de esmalte líquido.
Hasta la década de 1930, todas las aplicaciones de esmalte requerían dos capas de esmalte: una capa base para adherirse al sustrato que siempre era azul (debido en parte a la presencia de óxidos de cobalto) y una capa superior del color deseado (generalmente blanco). No fue hasta 1930 que el uso de acero sin carbono (acero con menos de 0,005% de contenido de carbono) como sustrato se asoció con la posibilidad de que los esmaltes de colores más claros se adhirieran directamente al sustrato. [20]
Bibliografía